Fuzja termojądrowa. Warunki fuzji

Wszystkie gwiazdy, w tym nasze Słońce, wytwarzają energię za pomocą termojądrowej syntezy jądrowej. Świat nauki znajduje się w trudnej sytuacji. Naukowcy nie znają wszystkich sposobów, w jakie można uzyskać taką syntezę (termojądrową). Połączenie lekkich jąder atomowych i ich przekształcenie w cięższe wskazuje, że energia okazała się być albo kontrolowana, albo wybuchowa. Ta ostatnia jest używana w projektach materiałów wybuchowych termojądrowych. Kontrolowany proces termojądrowy różni się od reszty energetyki jądrowej tym, że wykorzystuje reakcję rozpadu, gdy ciężkie jądra dzielą się na jaśniejsze, ale reakcje jądrowe z użyciem deuteru ( ² N) i trytu ( ³ N) są fuzją, to znaczy, że jest kontrolowana synteza termojądrowa. W przyszłości planowane jest użycie helu-3 ( ³ He) i boru-11 ( ¹¹ V).

Sen

Nie należy mylić tradycyjnej i dobrze znanej syntezy termojądrowej z tym, o czym marzą dzisiejsi fizycy, w którego realizacji nikt dotąd nie wierzy. Dotyczy to reakcji jądrowej w dowolnej, nawet temperaturze pokojowej. Także ten brak promieniowania i zimna fuzja. Encyklopedie mówią nam, że reakcja syntezy jądrowej w układach atomowo-molekularnych (chemicznych) jest procesem, który nie wymaga znacznego ogrzewania substancji, ale ludzkość jeszcze nie wydobywa takiej energii. Dzieje się tak pomimo faktu, że absolutnie wszystkie reakcje jądrowe, w których zachodzi synteza, są w stanie plazmy, a ich temperatura wynosi miliony stopni.

W tej chwili jest to marzenie nawet nie fizyków, ale science fiction, ale mimo to rozwój był prowadzony długo i ciężko. Fuzja termojądrowa bez stale istniejącego zagrożenia ze strony Czarnobyla i Fukushimy - czyż nie jest to wielki cel dla dobra ludzkości? Zagraniczna literatura naukowa nadała temu zjawisku różne nazwy. Na przykład LENR - nazwa niskoenergetycznych reakcji jądrowych (niskoenergetyczne reakcje jądrowe) i CANR - chemicznie indukowane (wspomagane) reakcje jądrowe. Udane wdrożenie takich eksperymentów zadeklarowano dość często, reprezentując ogromną bazę danych. Ale albo media wydały kolejną "kaczkę", albo wyniki mówią o nieprawidłowo ustawionych eksperymentach. Zimna termojądrowa synteza nie przyniosła jeszcze przekonujących dowodów na jej istnienie.

Element gwiazdy

Najbardziej powszechnym pierwiastkiem w kosmosie jest wodór. O połowę Mas Słońca a większość innych gwiazd stanowiła dla niego. Wodór jest nie tylko w ich składzie - jest go dużo zarówno w gazie międzygwiezdnym, jak i w mgławicach gazowych. W głębinach gwiazd, w tym Słońca, powstają termojądrowe warunki fuzji: jądra atomów wodoru przekształcają się w atomy helu, dzięki czemu wytwarzana jest ogromna energia. Wodór jest jego głównym źródłem. Co sekundę nasze Słońce promieniuje w kosmos, energia równa 4 milionom ton materii.

Właśnie to daje połączenie czterech jąder wodoru w jedno jądro helu. Kiedy jeden gram protonów spala się, energia termojądrowej syntezy uwalniana jest dwadzieścia milionów razy więcej niż wtedy, gdy spalana jest ta sama ilość węgla. W warunkach ziemskich siła syntezy termonuklearnej jest niemożliwa, ponieważ takie temperatury i naciski, jakie istnieją w głębiach gwiazd, nie zostały jeszcze opanowane przez człowieka. Obliczenia pokazują: co najmniej kolejne trzydzieści miliardów lat nasze Słońce nie umrze i nie osłabnie z powodu obecności wodoru. Na Ziemi ludzie dopiero zaczynają rozumieć, czym jest energia wodorowa i jaka jest reakcja termojądrowa, ponieważ praca z tym gazem jest bardzo ryzykowna i niezwykle trudno jest go przechowywać. Jak dotąd ludzkość może jedynie rozszczepić atom. I ta zasada jest zbudowana na każdym reaktor (jądrowy).

Fuzja termojądrowa

Energia jądrowa jest produktem rozdzielania atomów. Synteza również pobiera energię w inny sposób - łącząc je ze sobą, gdy nie powstają śmiercionośne odpady promieniotwórcze, a niewielka ilość wody morskiej wystarczyłaby do wyprodukowania takiej samej ilości energii, jaką uzyskuje się ze spalania dwóch ton węgla. Laboratoria świata już udowodniły, że kontrolowana synteza termojądrowa jest całkiem możliwa. Jednak elektrownie, które wykorzystywałyby tę energię, nie zostały jeszcze zbudowane, nawet ich budowa nie jest przewidziana. Ale dwieście pięćdziesiąt milionów dolarów zostało wydane tylko przez Stany Zjednoczone w celu zbadania zjawiska kontrolowanej syntezy termojądrowej.

Następnie badania te zostały dosłownie zdyskredytowane. W 1989 r. Chemicy S. Pons (USA) i M. Fleshman (Wielka Brytania) ogłosili całemu światu, że udało im się osiągnąć pozytywny wynik i uruchomić syntezę termojądrową. Problemy polegały na tym, że naukowcy byli zbyt pochopnie, nie poddając ich odkryciu przeglądowi ze świata nauki. Media natychmiast złapały sensację i wniosły tę aplikację jako początek stulecia. Test został przeprowadzony później i nie tylko błędy w eksperymencie zostały wykryte - to była porażka. I wtedy nie tylko dziennikarze, ale także wielu szanowanych fizyków o światowej sile, ulegli rozczarowaniu. Solidne laboratoria Uniwersytet Princeton spędził na testowaniu eksperymentu ponad pięćdziesiąt milionów dolarów. Tak więc, zimna fuzja, zasada jego produkcji została uznana za pseudonaukę. Tylko małe i odłączone grupy entuzjastów kontynuowały te badania.

Esencja

Teraz termin ten ma zostać zastąpiony, a zamiast zimnej syntezy jądrowej brzmi następująca definicja: proces jądrowy indukowany przez sieć krystaliczną. Przez to zjawisko rozumiemy anormalne procesy niskotemperaturowe, z punktu widzenia kolizji jądrowych w próżni, po prostu niemożliwe - uwalnianie neutronów poprzez fuzję jądrową. Procesy te mogą istnieć w niestabilnych ciałach stałych, stymulowanych przez transformację energii sprężystej w sieci krystalicznej podczas efektów mechanicznych, przejść fazowych, sorpcji lub desorpcji deuteru (wodoru). Jest to analogia już znanej gorącej reakcji termojądrowej, kiedy jądra wodoru łączą się i przekształcają w jądra helu, uwalniając kolosalną energię, ale dzieje się to w temperaturze pokojowej.

Zimna termojądrowa fuzja jest dokładniej definiowana jako reakcje fotonuklearne, wywołane chemicznie. Bezpośrednia fuzja termojądrowa nigdy nie została osiągnięta, ale poszukiwania sugerowały zupełnie inne strategie. Reakcja termojądrowa jest wyzwalana przez generowanie neutronów. Mechaniczna stymulacja poprzez reakcje chemiczne prowadzi do wzbudzenia głębokich powłok elektronowych, powodując promieniowanie gamma lub promieniowanie rentgenowskie, które jest przechwytywane przez jądra. Oznacza to, że występuje reakcja fotonuklearna. Jądra rozpadają się, a tym samym generują neutrony i całkiem możliwe promieniowanie gamma. Co może ekscytować wewnętrzne elektrony? Prawdopodobnie fala uderzeniowa. Od eksplozji konwencjonalnych materiałów wybuchowych.

Reaktor

Od ponad czterdziestu lat globalne lobby termonuklearne wydaje rocznie około miliona dolarów na badania nad syntezą termojądrową, które mają zostać uzyskane za pomocą TOKAMAK. Jednak prawie wszyscy postępowi naukowcy sprzeciwiają się takim badaniom, ponieważ pozytywny wynik jest najprawdopodobniej niemożliwy. Zachodnia Europa i Stany Zjednoczone z rozczarowaniem zaczęły demontować wszystkie swoje TOKAMAK-y. I tylko w Rosji wciąż wierzę w cud. Chociaż wielu naukowców uważa ten pomysł za idealny hamulec alternatyw dla syntezy jądrowej. Czym jest TOKAMAK? Jest to jeden z dwóch projektów reaktora termojądrowego, który jest toroidalną komorą z cewkami magnetycznymi. Istnieje również stellarator, w którym plazma jest trzymana w polu magnetycznym, ale cewki, które indukują pole magnetyczne są zewnętrzne, w przeciwieństwie do TOKAMAK.

To bardzo skomplikowana konstrukcja. TOKAMAK jest dość godny Wielkiego Zderzacza Hadronów: ponad dziesięć milionów elementów, a całkowite koszty wraz z budową i kosztami projektów znacznie przekraczają dwadzieścia miliardów euro. Zderzacz kosztuje znacznie mniej, a utrzymanie ISS również nie kosztuje więcej. Magnesy toroidalne wymagają 80-kilometrowego włókna nadprzewodzącego, ich łączna waga przekracza czterysta ton, a cały reaktor waży około dwudziestu trzech tysięcy ton. Wieża Eiffla, na przykład, waży tylko siedem tysięcy i niewiele. Plazma Tokamak ma osiemset czterdzieści metrów sześciennych. Wysokość - siedemdziesiąt trzy metry, sześćdziesiąt z nich - pod ziemią. Dla porównania: Wieża Spasskaya ma wysokość zaledwie siedemdziesięciu jeden metrów. Powierzchnia platformy reaktora wynosi czterdzieści dwa hektary, podobnie jak sześćdziesiąt boiska do piłki nożnej. Temperatura plazmy wynosi sto pięćdziesiąt milionów stopni Celsjusza. W centrum słońca jest dziesięć razy niżej. A wszystko to ze względu na kontrolowane połączenie termojądrowe (gorące).

Fizycy i chemicy

Powróćmy jednak do "odrzuconego" odkrycia Flashmana i Ponsa. Wszyscy ich koledzy twierdzą, że wciąż udało im się stworzyć warunki, w których atomy deuteru są posłuszne falom, energia jądrowa jest uwalniana jako ciepło zgodnie z teorią pól kwantowych. Ta ostatnia, nawiasem mówiąc, jest pięknie zaprojektowana, ale piekielnie złożona i z opisem trudno ją zastosować do opisu konkretnych zjawisk fizycznych. Dlatego prawdopodobnie ludzie nie chcą tego udowodnić. Flashman demonstruje wycięcie w betonowej podłodze laboratorium od wybuchu, który, jak twierdzi, z zimnej fuzji. Jednak fizycy nie wierzą chemicy. Zastanawiam się, dlaczego?

Ostatecznie, ile szans dla ludzkości jest zamkniętych z zaprzestaniem badań w tym kierunku! Problemy są po prostu globalne i jest ich wiele. Wszystkie one wymagają rozwiązania. Jest to przyjazne dla środowiska źródło energii, dzięki któremu możliwe byłoby dezaktywowanie ogromnych ilości odpadów promieniotwórczych elektrownie jądrowe, odsolić wodę morską i wiele więcej. Gdyby opanować produkcję energii, przekształcając niektóre elementy układu okresowego w zupełnie inne, bez użycia w tym celu strumieni neutronów, które wytwarzają promieniotwórczość indukowaną. Ale nauka oficjalnie nadal uważa, że ​​niemożliwe jest przekształcenie jakichkolwiek pierwiastków chemicznych w zupełnie inne.

Rossi-Parkhomov

W 2009 r. Wynalazca A. Rossi opatentował urządzenie zwane katalizatorem energii Rossiego, który realizuje syntezę termojądrową na zimno. To urządzenie wielokrotnie było pokazywane publicznie, ale nie zostało poddane niezależnej weryfikacji. Fizyk Mark Gibbs na łamach czasopisma moralnie zniszczył zarówno autora, jak i jego odkrycie: bez obiektywnej analizy, mówią, potwierdzając zbieżność uzyskanych wyników z zadeklarowanymi, nie może to być nowina naukowa.

Ale w 2015 roku Alexander Parkhomov z powodzeniem powtórzył eksperyment Rossiego z jego niskoenergetycznym (zimnym) reaktorem jądrowym (LENR) i udowodnił, że ten ostatni ma wielkie perspektywy, choć ma wątpliwe znaczenie komercyjne. Eksperymenty, których wyniki zostały przedstawione na seminarium w Wszechrosyjskim Instytucie Badawczym Elektrowni Jądrowych, pokazują, że najbardziej prymitywna kopia rdzenia Rossiego z reaktora jądrowego może wytworzyć dwa i pół razy więcej energii niż zużywa.

Energoniva

Legendarny naukowiec z Magnitogorsk A.V. Vachaev stworzył instalację Energoniva, dzięki której odkrył pewien efekt transmutacji pierwiastków i wytwarzania energii elektrycznej w tym procesie. Wierzono z trudem. Próby zwrócenia uwagi nauk podstawowych na to odkrycie były daremne. Krytyka zabrzmiała zewsząd. Prawdopodobnie autorzy nie musieli budować własnych obliczeń teoretycznych na temat zaobserwowanych zjawisk, a fizycy wyższych klas klasycznych powinni zwracać większą uwagę na eksperymenty z elektrolizą wysokonapięciową.

Ale z drugiej strony zauważono takie wzajemne relacje: żaden pojedynczy detektor nie zarejestrował pojedynczego promieniowania, ale niemożliwe było przebywanie w pobliżu instalacji roboczej. W grupie badaczy pracowało sześć osób. Pięć z nich wkrótce zmarło w wieku czterdziestu pięciu do pięćdziesięciu pięciu lat, a szósta otrzymała niepełnosprawność. Z całkiem różnych powodów śmierć nastąpiła po pewnym czasie (przez około siedem do ośmiu lat). Niemniej jednak zwolennicy trzeciego pokolenia i uczeń Wajewajowa przeprowadzili eksperymenty na instalacji Energoniva i założyli, że reakcja jądrowa o niskiej energii miała miejsce w eksperymentach zmarłego naukowca.

I. S. Filimonenko

Zimną termojądrową syntezę badano w ZSRR pod koniec lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Reaktor został zaprojektowany przez Iwana Stepanovicha Filimonenko. Jednak zasady działania tej jednostki, nikt nie był w stanie zrozumieć. Dlatego zamiast pozycji niekwestionowanego lidera w dziedzinie technologii energii jądrowej, nasz kraj zajął miejsce surowca, sprzedając własne bogactwa naturalne, pozbawiając całe pokolenia przyszłości. Ale roślina pilotażowa została już stworzona i wywołała reakcję ciepłej syntezy. Autor najbardziej przełomowych konstrukcji energetycznych, tłumiących promieniowanie, pochodził z obwodu irkuckiego, który przeszedł przez zwiad w czasie wojny od szesnastu do dwudziestu lat, przewoźnik zleceń, energiczny i utalentowany fizyk I. S. Filimonenko.

Połączenie termojądrowe typu zimnego było bardziej niż kiedykolwiek bliskie. Ciepła synteza odbywała się w temperaturze zaledwie 1150 stopni Celsjusza, a podstawą była ciężka woda. Filimonenko odmówiono patentu: rzekomo reakcja jądrowa jest niemożliwa w tak niskiej temperaturze. Ale synteza się rozwijała! Ciężka woda rozłożony przez elektrolizę na deuter i tlen, deuter rozpuszczony w katodzie palladowej, gdzie zachodziła reakcja termojądrowa. Produkcja jest wolna od odpadów, to znaczy bez promieniowania, a promieniowanie neutronowe również nie występuje. Dopiero w 1957 r. Dzięki wsparciu akademickich Keldysh, Kurchatov i Korolev, których autor był niepodważalny, Filimonenko był w stanie przenieść rzeczy ze ślepego zaułka.

Rozpad

W 1960 r., W związku z tajnym dekretem Rady Ministrów ZSRR i Komitetu Centralnego KPZR, rozpoczęto prace nad wynalazkiem Filimonenki pod kontrolą Ministerstwa Obrony. W trakcie eksperymentów naukowiec odkrył, że podczas działania reaktora pojawia się rodzaj promieniowania, co bardzo szybko zmniejsza czas półtrwania izotopów. Aby zrozumieć naturę tego promieniowania, zajęło to pół wieku. Teraz wiemy, co to jest - neutronium z dineutronium. A potem, w 1968 roku, praca praktycznie ustała. Filimonenko został oskarżony o polityczną nielojalność.

W 1989 roku naukowiec został zrehabilitowany. Jego instalacje zaczęły być odtwarzane w NPO Luch. Ale rzeczy nie wykraczały poza eksperymenty - nie miały czasu. Kraj umarł, a nowy Rosjanin nie był gotowy na podstawową naukę. Jeden z najlepszych inżynierów XX wieku zmarł w 2013 roku i nie widział szczęścia ludzkości. Świat zapamięta Ivana Stepanovicha Filimonenko. Zimna termonuklearna fuzja pewnego dnia dostosuje jego zwolenników.